JPH11296813A - 薄膜磁気ヘッド及び磁気ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明では、磁気ヘッドが小型化してもＭＲ素
子高さを高精度化することができる磁気ヘッド構造と加
工プロセスを提供する。 【解決手段】研磨加工が高硬度カ−ボンの膜もしくはダ
イヤモンドの膜の端部に達した際に、研磨能率が急激に
低下し、加工が停止するため、所定のＭＲ素子高さを得
ることができ、ＭＲ素子高さを高精度に加工することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に誘導型磁
気変換素子及び磁気抵抗効果素子を積層した薄膜磁気ヘ
ッドに係わり、特に、磁気抵抗効果素子の浮上面と直角
方向の寸法を精度良く加工するための薄膜磁気ヘッド構
造とこれを用いた磁気ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、磁気ディスク装置においては、小
型・大容量化が進んでおり、現在3.5インチと2.5インチサイズ
のディスクを用いた小型磁気ディスク装置が主流になっ
ている。このような小型ディスク装置では、ディスクの
速度が低いため、再生出力がディスク速度に依存する磁
気誘導型ヘッドでは、再生出力が低下し、問題になる。
これに対し、磁界の変化によって抵抗値が変化する磁気
抵抗効果素子（以下、ＭＲ素子と呼ぶ）を用いた磁気抵
抗効果型ヘッド（以下、ＭＲヘッドと呼ぶ）では、再生
出力がディスク速度に依存しないため、小型磁気ディス
ク装置においても高い再生出力を得ることができる。ま
た、ＭＲヘッドでは、高密度化に伴う狭トラック化に対
しても磁気誘導型磁気ヘッドと比べて高い再生出力を得
られることから、小型化・大容量化に適した磁気ヘッド
であると考えられている。

【０００３】一方、ＭＲヘッドでは、磁界の変化に起因
するＭＲ素子の抵抗値変化を検出するため、磁気ヘッド
スライダのディスクに対向する面（以下、浮上面と呼
ぶ）にＭＲ素子を露出させて使用する構造が最も再生効
率が高い。このような浮上面にＭＲ素子が露出するＭＲ
ヘッドでは、浮上面加工時にＭＲ素子の一部を加工（研
磨加工）して、浮上面に露出させる。そして、ＭＲ素子
の浮上面と直角方向の寸法をＭＲ素子高さと呼び、この
ＭＲ素子高さは研磨加工における加工量を制御すること
で決められている。

【０００４】ＭＲヘッドでは、このＭＲ素子高さによっ
て、再生出力が変化するため、ＭＲ素子高さがばらつく
と、再生出力が変動するという問題が生じる。したがっ
て、ＭＲヘッドの再生出力変動を抑制するためには、Ｍ
Ｒ素子高さを研磨加工工程において精度良く加工するこ
とが必要となる。

【０００５】現状のＭＲ素子高さの制御方法としては、
特開平2-95572号公報および特開平5-46945号公報に記載
されているように、研磨加工において、加工中にＭＲ素
子高さを測定し、ＭＲ素子の値が所定の寸法になるよう
に制御する方法が一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したＭＲ素子高さ
の制御研磨方法では、以下のような問題が生じる。

【０００７】ＭＲヘッドのＭＲ素子高さを制御する研磨
工程では、ＭＲヘッド単体を１個ずつ研磨するのではな
く、ＭＲヘッドが数十個連なったrow barの状態で研磨
を行っている。この場合には、ウエハ状態からrow bar
を切り出す際の切断工程において生じる加工歪みや、ro
w barを研磨冶具に接着する際に生じる接着歪み等によ
り、row bar中の個々のＭＲ素子の位置にばらつきが生
じ、これがＭＲ素子の曲がりとうねりとなる。

【０００８】曲がりと低次のうねりに関しては、研磨中
にＭＲ素子高さを検出し、それに対応して研磨冶具を変
形させることで修正することができるが、高次のうねり
に関しては、研磨冶具を変形させるアクチュエータの数
が限られていることから、補正できない。よって、この
方法では、研磨工程前にrow bar中の素子高さの並びに
高次のうねりが生じた場合、 そのrow barでは、加工後
のＭＲ素子高さが所定の寸法にならず、ヘッドによって
は、加工過剰や加工不足が生じる。

【０００９】また、磁気ヘッドにおいても、小型化が進
んでおり、これにともない、ロウバの厚さ方向と奥行き
方向の寸法も小さくなってきている。そして、ロウバー
の厚さ方向と奥行き方向の寸法が小さくなると、浮上面
ラップ前の切断工程と粗研磨（両面ラップ）工程、ロウ
バーの治具接着工程において、ＭＲ素子の並びにうねり
（２次以上の高次曲がり）が生じやすくなる。このた
め、磁気ヘッドが小型化すると、ＭＲ素子高さの加工精
度が劣化する。

【００１０】本発明の目的は、上記問題点を解決するた
めの磁気ヘッドの構造とその加工プロセスを提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、薄膜磁気ヘ
ッドの素子形成工程において、磁気抵抗効果素子の所定
の位置に、高硬度カ−ボンの膜もしくはダイヤモンドの
膜の一方の端部を形成する。そして、浮上面の研磨加工
時に、磁気ヘッドスライダを１個ずつ研磨する。これに
より、研磨加工が高硬度カ−ボンの膜もしくはダイヤモ
ンドの膜の端部に達した際に、研磨能率が急激に低下
し、加工が停止するため、所定のＭＲ素子高さを得るこ
とができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。

【００１３】始めに、磁気ディスク装置の概要について
説明する。図２は磁気ヘッドとディスクの配置図であ
る。ＣＳＳ（Ｃｏｎｔａｃｔ Ｓｔａｒｔ Ｓｔｏｐ）
方式の磁気ディスク装置では、磁気記録媒体であるディ
スク５の回転による動圧を利用することで、磁気ヘッド
スライダ１をディスクの表面から微小量だけ浮上させ、
スライダの端部に形成された磁気記録素子によってデー
タの記録再生を行なっている。このとき、ディスク５の
表面と磁気ヘッドスライダ１との間隔を浮上量ｈと呼
び、ディスク５に対する磁気ヘッドスライダ１の角度を
仰角θと呼ぶ。

【００１４】ＭＲヘッドを用いた磁気ディスク装置の記
録再生は、次のように行われる。

【００１５】・コイル１３と上部磁性膜８により、ディ
スク表面を磁化することにより、記録が行われる。

【００１６】・磁化されているディスク５の表面と磁気
ヘッドスライダ１が相対的に移動することで、ディスク
５に書き込まれたＳ，Ｎの極性により、ＭＲ素子１０の
抵抗値が変化する。このＭＲ素子１０の抵抗値変化を検
出することにより、ディスク５の表面に書き込んだデー
タが再生される。

【００１７】次に、従来のＭＲヘッドの構造について説
明する。図３はＭＲヘッドの構造図である。ＭＲヘッド
は、セラミックスのウエハ１５の表面に誘導型磁気変換
素子とＭＲ素子をスパッタリング、マスク形成、エッチ
ング等に代表される薄膜工程により形成し、これを切断
加工することで、複数個の磁気ヘッドスライダが連なっ
たロウバー１６に加工する。

【００１８】そして、ロウバーの状態で研磨加工（浮上
面研磨）を行い、浮上面４にＭＲ素子１０を露出させ、
ＭＲ素子高さを所定の寸法に制御するとともに、浮上面
４を所定の形状と所定の表面粗さに加工する。そして、
研磨後のロウバー１６を再度切断加工することで磁気ヘ
ッドスライダ１の状態にする。このため、磁気ヘッドス
ライダ１の端面には、ウエハ１５の状態で形成した磁気
記録素子が形成される。

【００１９】次に、素子部の構造について説明する。誘
導型磁気記録素子はコイル１３と上部磁性膜８により構
成されており、上部磁性膜８の端部は、浮上面４に露出
し、この露出部によりデータの記録を行う。そして、上
部磁性膜８の下には、ＭＲ素子１０が配置されており、
その両端には電極７が接続される。また、ＭＲ素子のデ
ータ再生時のノイズを低減するために、上部シールド膜
９と下部シールド膜１１にＭＲ素子１０は挟まれる構造
となっている。

【００２０】また、大多数のＭＲヘッドの場合、ＭＲ素
子１０は上部磁性膜８と同じように浮上面４に露出する
構造になっているため、ＭＲ素子１０は、浮上面４を研
磨加工する際に、その一部が除去される。よって、ＭＲ
素子１０の浮上面と直角方向の高さであるＭＲ素子高さ
は、この研磨加工によってその寸法が決められる。

【００２１】そして、このＭＲ素子高さは、データを再
生する際の再生出力に大きく影響することから、ＭＲヘ
ッドにおける最重要寸法の１つであると言える。よっ
て、研磨加工時の加工公差は±0.1〜0.3μmと非常に狭
くなっている。よって、研磨加工においては、ＭＲ素子
高さの加工精度向上が最重要課題であり、このために様
々な加工技術が開発されている。

【００２２】現状では、ＭＲ素子高さの高精度化は、ロ
ウバー１６の浮上面研磨時に制御している場合が多い。
この場合には、ロウバー１６にあらかじめ研磨量をモニ
タリングする抵抗検知素子を形成し、研磨中にこの抵抗
検知素子の抵抗値変化を測定し、この抵抗値をＭＲ素子
高さに換算する。そして、このＭＲ素子高さデータを基
に研磨加重を制御し、ＭＲ素子の傾き成分、２次曲がり
成分、うねり成分（２次以上の高次の曲がり成分）、加
工終点を制御している。この方法は、下記の長所がある
ため、各磁気ヘッドメーカで一般的に行われているＭＲ
素子高さの制御加工方法である。

【００２３】（１）ＭＲヘッドが数十個並んだロウバー
１６の状態で加工するため、非常にスループットが高
い。

【００２４】（２）ＭＲ素子高さを精度良く加工でき
る。

【００２５】ところで、磁気ディスク装置では、小型化
・大容量化が進んでいるが、部品である磁気ヘッドにお
いても、小型化が進んでいる。これは、ディスクのうね
り等に対する周波数応答の向上とともに、１ウエハにお
ける磁気ヘッドスライダ数を増加し、コストを低減する
ためである。この磁気ヘッドスライダの小型化にともな
い、ロウバー１６の厚さ方向と奥行き方向の寸法も小さ
くなっている。

【００２６】そして、ロウバー１６の厚さ方向と奥行き
方向の寸法が小さくなると、浮上面ラップ前の切断工程
と粗研磨（両面ラップ）工程、ロウバーの治具接着工程
において、ＭＲ素子の並びのうねり（２次以上の高次曲
がり）量が増大する。これに対し、前述した現状の加工
方法では、前工程で生じたＭＲ素子並びのうねりを抑制
することは難しく、補正できないことが多い。このこと
から、磁気ヘッドが小型化すると、前工程で生じたＭＲ
素子並びのうねりが原因でＭＲ素子高さの加工精度が劣
化する。

【００２７】本発明では、上記問題を解決するために、
以下の磁気ヘッド構造と加工プロセスを提供する。

【００２８】始に磁気ヘッド構造について説明する。図
４は浮上面側から見た研磨後の本発明の磁気ヘッドであ
る。図４において、（１）はダイヤモンドもしくは高硬
度カーボンでできたストッパ膜２を一層形成した場合で
あり、（２）はダイヤモンドもしくは高硬度カーボンで
できたストッパ膜２を二層形成した場合である。どちら
の場合においても、ＭＲヘッドの記録・再生素子の近傍
に硬くて研磨しにくいダイヤモンドもしくは高硬度カー
ボンでできたストッパ膜２をＣＶＤもしくはスパッタリ
ングにより形成していることが特徴である。

【００２９】次に、このストッパ膜２の役割を、図５、
図６により説明する。図５はストッパ膜２を一層形成し
た場合であり、図６はストッパ膜２を二層形成した場合
である。いずれの場合にしても、素子の形成段階におい
て、ストッパ膜の浮上面側の端部がＭＲ素子高さの狙い
値の位置になるようにレジスト形成・露光・エッチング
・スパッタ（ＣＶＤ）等の工程により形成する。これに
より研磨加工時に研磨が進行し、ストッパ膜２の端部が
浮上面に露出した時点で、研磨能率が極端に低下し、研
磨加工がほぼこの位置で自動的に終了する。したがっ
て、ＭＲ素子高さを狙い値の寸法に加工することができ
る。

【００３０】上記した本発明のＭＲヘッドにより素子高
さを制御する場合、従来の研磨方法のようにロウバー１
６の状態の研磨では、ロウバーの剛性が悪影響し、ＭＲ
素子高さ精度を高精度化できない。これに対し、個々の
磁気ヘッドスライダの状態で研磨を行った場合には、ロ
ウバーの剛性は関係しないため、ＭＲ素子高さを高精度
に加工することができる。したがって、本発明の磁気ヘ
ッドにおいては、加工プロセスを次のように変更した。

【００３１】図７に従来の加工プロセスと本発明の加工
プロセスを示す。従来の加工プロセスでは、素子形成後
に、切断・両面ラップを行い、浮上面研磨によりＭＲ素
子高さを制御して研磨し、レール形成した後に個々の磁
気ヘッドスライダに分割していた。本発明では、素子形
成時にストッパ膜２をあらかじめ所定の位置に形成し、
従来と同様に切断・両面ラップを行い、浮上面研磨をお
こなう。ただし、浮上面研磨では、ＭＲ素子高さの狙い
値よりも１μm（前加工におけるうねりの大きさによっ
ても異なる）手前で加工が終了するように、設定する。
そして、レール形成後にチップ切断を行い、磁気ヘッド
を個々のスライダにする。

【００３２】次に、単品ＭＲ高さ制御研磨を行う。ここ
では、磁気ヘッドスライダを数十個単位で専用治具に固
定する。固定は、専用治具の端面に粘着シートを配置
し、この粘着シートに磁気ヘッドスライダを固定する。
これにより、研磨加工時には、張り付けた各々の磁気ヘ
ッドスライダにほぼ均等な研磨加重を加えることができ
る。そして、この状態で研磨を一定時間行うと、各々の
磁気ヘッドスライダにおいて、浮上面にストッパ膜５の
端面が露出した時点で、研磨能率が極端に低下して研磨
が止まる。よって、各々の磁気ヘッドスライダのＭＲ素
子高さを所定の寸法に加工することができる。

【００３３】具体的な加工例としては、浮上面研磨後の
ＭＲ素子高さ精度が３σ：0.28μmであった磁気ヘッド
を、本発明の磁気ヘッド構造と加工プロセスを適用する
ことで、単品ＭＲ高さ制御研磨後のＭＲ素子高さ精度３
σ：0.15μmに向上することができた。

【００３４】ここでは、ストッパ膜２の形状として、一
層の場合と二層の場合について説明したが、記録・再生
素子を挟んで二層ストッパ膜を形成した場合のほうが、
よりストッパ膜としての効果が大きい。また、ストッパ
膜の材質に関しては、高硬度カーボンよりもダイヤモン
ドのほうが研磨能率が低く、ストッパとしての効果が大
きい。

【００３５】次に、本発明の磁気ヘッドを搭載した磁気
ディスク装置について説明する。

【００３６】図１は磁気ディスク装置の外観図である。
磁気ヘッドスライダ１は、ＭＲ素子高さを高精度化する
ために、ダイヤモンドもしくは高硬度カーボンによって
構成されるストッパ膜２を磁気記録素子とＭＲ素子の近
傍に形成している。そして、この磁気ヘッドスライダ１
は支持ばね６に固定され、支持ばね６はアクチュエータ
７に固定される。磁気ヘッドスライダ１の浮上面４側に
は、記録媒体であるディスク５が配置され、ディスク５
の回転による動圧により、磁気ヘッドスライダ１がディ
スク５の表面に数十ナノメートル浮上し、記録再生が行
われる。

【００３７】また、本発明の磁気ヘッドスライダでは、
ＭＲ素子高さ精度の向上とともに、磁気ディスク装置に
用いる場合には、次のような効果がある。

【００３８】本発明の磁気ヘッド構造では、浮上面にス
トッパ膜２の端面が露出する。ストッパ膜２は、硬くて
耐摩耗性が高いダイヤモンドもしくは高硬度カーボンを
用いているため、磁気ディスク装置の始動・停止時の磁
気ヘッドとディスクとの摺動における耐摩耗性が向上す
る。

【００３９】さらに、本発明の磁気ヘッド構造では、硬
くて研磨能率が低いダイヤモンドもしくは高硬度カーボ
ンをストッパ膜に用いているため、浮上面の研磨時にお
いて、磁気記録素子とＭＲ素子の表面よりもストッパ膜
の表面が微小量だけ突出する傾向がある。そして、この
突出したストッパ膜が防護壁となるため、ディスクとヘ
ッドの摺動時にディスク表面と磁気記録素子の接触を防
止することができる。これにより、ディスクと磁気ヘッ
ドとの接触により生じるノイズを低減できる。

【００４０】

【発明の効果】（１）基板材よりも研磨能率が極端に低
いダイヤモンドもしくは高硬度カーボンで構成されるス
トッパ膜を、素子部の所定の位置に形成することで、磁
気ヘッドの研磨時に研磨量を所定の位置で止めることが
できる。これにより、ＭＲヘッド加工におけるＭＲ素子
高さの加工精度を向上することができる。

【００４１】（２）前記磁気ヘッドでは、耐摩耗性が高
いダイヤモンドもしくは高硬度カーボンで構成されるス
トッパ膜の一部が浮上面に露出する。よって、ディスク
との摺動時において耐摩耗性が向上する。

【００４２】（３）前記磁気ヘッドでは、研磨時に磁気
記録素子よりもストッパ膜の表面が微小量だけ突出す
る。そして、この突出したダイヤモンド膜が防護壁とな
るため、ディスクとヘッドの摺動時にディスク表面と磁
気記録素子の接触を防止することができる。これによ
り、摺動時に生じるノイズを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例である磁気ディスク装置の構造
図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は図１の磁気ヘッドとディス
クの配置図及び断面図。

【図３】従来の磁気ヘッド（ＭＲヘッド）の構造図。

【図４】（１）及び（２）は本発明の磁気ヘッド（ＭＲ
ヘッド）の構造を示す断面図。

【図５】（ａ）及び（ｂ）は本発明のストッパ膜１層の
磁気ヘッド（ＭＲヘッド）の素子部の断面図。

【図６】（ａ）及び（ｂ）は本発明のストッパ膜２層の
磁気ヘッド（ＭＲヘッド）の素子部の断面図。

【図７】（１）及び（１２）は従来の加工プロセス及び
本発明の加工プロセスを示す図。

【符号の説明】

１…磁気ヘッドスライダ、２…ストッパ膜（ダイヤモン
ドもしくは高硬度カーボン）、３…保護膜、４…浮上
面、 ５…ディスク、 ６…支持ばね、７…アクチュ
エ−タ、 ８…上部磁性膜、９…上部シールド膜、１
０…ＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）、 １１…下部シ
ールド膜、１２…基板材、１３…コイル、１４…電極、
１５…ウエハ、１６…ロウバー。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 磯野 千博 神奈川県小田原市国府津2880番地株式会社 日立製作所ストレージシステム事業部内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スライダの端部に形成した誘導型磁気変換
   素子と磁気抵抗効果素子との近傍に、スライダ材料より
   も硬度の高い材料である高硬度カ−ボンの膜もしくはダ
   イヤモンドの膜を形成したことを特徴とする薄膜磁気ヘ
   ッド。
2. 【請求項２】記録媒体であるディスクと、スライダの端
   部に形成した誘導型磁気変換素子と磁気抵抗効果素子の
   近傍に、スライダ材料よりも硬度の高い材料である高硬
   度カ−ボンの膜もしくはダイヤモンドの膜を形成した薄
   膜磁気ヘッドと、薄膜磁気ヘッドを駆動するアクチュエ
   −タにより構成されていることを特徴とする磁気ディス
   ク装置。
3. 【請求項３】スライダの端部にスライダ材料よりも硬度
   の高い材料である高硬度カ−ボンの膜もしくはダイヤモ
   ンドの膜を２層形成し、該膜の層間に誘導型磁気変換素
   子と磁気抵抗効果素子を形成したことを特徴とする薄膜
   磁気ヘッド。
4. 【請求項４】請求項１もしくは３のいずれか１項記載の
   磁気ヘッドにおいて、記録媒体と対向する浮上面の表面
   に、高硬度カ−ボンの膜もしくはダイヤモンドの膜の一
   部が露出していることを特徴とする薄膜磁気ヘッド。
5. 【請求項５】請求項１もしくは３のいずれか１項記載の
   磁気ヘッドにおいて、記録媒体と対向する浮上面の表面
   に、高硬度カ−ボンの膜もしくはダイヤモンドの膜の一
   部と磁気抵抗効果素子の一部が露出し、該高硬度カ−ボ
   ンの膜もしくはダイヤモンドの膜の露出面が該磁気抵抗
   効果素子の露出面よりも突出していることを特徴とする
   薄膜磁気ヘッド。
6. 【請求項６】請求項１もしくは３のいずれか１項記載の
   磁気ヘッドにおいて、予め磁気抵抗効果素子の所定の位
   置に、高硬度カ−ボンの膜もしくはダイヤモンドの膜の
   一方の端部を形成することで、該薄膜磁気ヘッドの記録
   媒体と対向する浮上面の研磨加工時に、該膜の端部が研
   磨加工のストッパとして作用することを特徴とする薄膜
   磁気ヘッド。